關(guān)于LVS負(fù)載均衡

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一、什么是負(fù)載均衡:
負(fù)載均衡集群提供了一種廉價(jià)、有效、透明的方法,來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和
服務(wù)器的負(fù)載、帶寬、增加吞吐量、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力,提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性
和可用性。
二、搭建負(fù)載均衡服務(wù)的需求:
1)把單臺(tái)計(jì)算機(jī)無(wú)法承受的大規(guī)模的并發(fā)訪問(wèn)或者數(shù)據(jù)流量分擔(dān)到多臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上
分別處理,減少用戶等待響應(yīng)的時(shí)間,提升用戶體驗(yàn)。
2)單個(gè)重負(fù)載的運(yùn)算分擔(dān)到多臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上做并行處理,每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備結(jié)束后,
將結(jié)果匯總,返回給用戶,系統(tǒng)處理能力得到大幅度提升。
3)7*24的服務(wù)保證,任意一個(gè)或多個(gè)有限節(jié)點(diǎn)設(shè)備宕機(jī),要求不能影響業(yè)務(wù)。
三、LVS的介紹:
LVS是Linux Virtual Server的簡(jiǎn)寫(xiě),即Linux虛擬服務(wù)器,是一個(gè)虛擬的服務(wù)器
集群系統(tǒng),可以在UNIX/LINUX平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡集群功能。
該項(xiàng)目是在1998年5月由章文嵩博士組織成立的,是中國(guó)國(guó)內(nèi)最早出現(xiàn)的自由
軟件項(xiàng)目之一。
四、關(guān)于LVS的配置使用:
LVS負(fù)載均衡調(diào)度技術(shù)是在Linux內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)的,因此,被稱為L(zhǎng)inux
虛擬服務(wù)器。我們使用該軟件配置LVS時(shí)候,不能直接配置內(nèi)核中的ipvs,
而需要使用ipvs的管理工具ipvsadm進(jìn)行管理,ipvs的管理工具ipvsadm管理ipvs。
五、LVS技術(shù)點(diǎn)小結(jié):
1)真正實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的工具是ipvs,工作在linux內(nèi)核層面。
2)LVS自帶的ipvs管理工具是ipvsadm。
3)keepalived實(shí)現(xiàn)管理ipvs及對(duì)負(fù)載均衡器的高可用。
4)Red hat工具Piranha WEB管理實(shí)現(xiàn)調(diào)度的工具ipvs。
六、LVS體系結(jié)構(gòu)與工作原理:
1)LVS集群負(fù)載均衡接收服務(wù)的所有入站客戶端計(jì)算機(jī)請(qǐng)求,并根據(jù)調(diào)度算法決定哪個(gè)集群節(jié)點(diǎn)應(yīng)該處理回復(fù)請(qǐng)求。
負(fù)載均衡(LB)有時(shí)也被稱為L(zhǎng)VS Director(簡(jiǎn)稱 Director).
2)LVS虛擬服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)如下圖,一組服務(wù)器通過(guò)高速的局域網(wǎng)或者地理分布
的廣域網(wǎng)相互連接,在他們的前端有一個(gè)負(fù)載調(diào)度器(Load Balancer)。負(fù)載調(diào)度器能
無(wú)縫地將網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求調(diào)度到真正的服務(wù)器上,從而使得服務(wù)器集群的結(jié)構(gòu)對(duì)客戶是透明的,
客戶訪問(wèn)集群系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)就像訪問(wèn)一臺(tái)高性能、高可用的服務(wù)器一樣。客戶程序
不受服務(wù)器集群的影響不需做任何修改。系統(tǒng)的伸縮性通過(guò)在服務(wù)集群中透明地加入和刪除
一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)達(dá)到,通過(guò)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)或服務(wù)進(jìn)程故障和正確的重置系統(tǒng)達(dá)到高可用性。由于我們的負(fù)載調(diào)度技術(shù)在
linux內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)的,我們稱之為linux虛擬服務(wù)器(Linux Virtual Server)。
七、LVS社區(qū)提供了一個(gè)命名的約定:
名稱:? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 縮寫(xiě)? ? ? ? ?
虛擬IP地址(Virtual IP Address)? ? VIP
說(shuō)明:VIP為Director用于向客戶端計(jì)算機(jī)提供服務(wù)的ip地址,
比如: 域名就解析到vip上提供服務(wù)。
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真實(shí)ip地址(Real Server ip Address)? ? 縮寫(xiě):VIP
說(shuō)明:在集群下面節(jié)點(diǎn)上使用的ip地址,物理ip地址。
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Director的ip地址(Director ip Adress)? 縮寫(xiě):DIP
說(shuō)明:Director用于連接內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)的ip地址,物理網(wǎng)卡上的IP地址,
是負(fù)載均衡上的ip。
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客戶端主機(jī)IP地址(Client IP Address)? 縮寫(xiě):CIP
說(shuō)明:客戶端用戶計(jì)算機(jī)請(qǐng)求集群服務(wù)器的IP地址,該地址用作發(fā)送
給集群的請(qǐng)求的源ip地址。
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LVS集群內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)稱為真實(shí)服務(wù)器(Real server),也叫做集群節(jié)點(diǎn)。請(qǐng)求集群服務(wù)的
計(jì)算機(jī)稱為客戶端計(jì)算機(jī)。
與計(jì)算機(jī)通常在網(wǎng)上交換數(shù)據(jù)包的方式相同,客戶端計(jì)算機(jī)、Director
和真實(shí)服務(wù)器使用IP地址彼此進(jìn)行通信。
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八、LVS集群的3種工作模式介紹與原理講解
1)IP虛擬服務(wù)軟件ipvs,在調(diào)度器的實(shí)現(xiàn)技術(shù)中,IP負(fù)載均衡技術(shù)是
效率最高的。在已用的ip負(fù)載均衡技術(shù)中有通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換
(Network Address Translation)將一組服務(wù)器構(gòu)成一個(gè)高性能的、高可用的虛擬服務(wù)器,
我們稱之為VS、NAT技術(shù)(Virtual Server Network Adress Translation)。
2)在分析VS/NAT的缺點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的非對(duì)稱性的基礎(chǔ)上,我們提出通過(guò)IP隧道實(shí)現(xiàn)虛擬服務(wù)器的
方法VS/TUN(Virtual Server via IP Tunneling)和通過(guò)直接路由實(shí)現(xiàn)虛擬服務(wù)
器的方法VS/DR(Virtual Server via Director Routing),它們可以極大地提高系統(tǒng)的伸縮性。
3)淘寶開(kāi)源的模式FULLNAT。
LVS的四種工作模式:
縮寫(xiě)及全拼:
NAT(Network Adress Translation)、TUN(Tunneling)、
DR(Director Routing)、FULLNAT(FULL Network address Translation)
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九、什么是ARP協(xié)議:
1) ARP協(xié)議:全稱"Address Resolution Protocol",中文名地址解析協(xié)議,使用ARP協(xié)議可
實(shí)現(xiàn)通過(guò)IP地址獲得得對(duì)應(yīng)主機(jī)的物理地址(MAC地址)。
在TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,每個(gè)聯(lián)網(wǎng)的主機(jī)都會(huì)被分配一個(gè)32位的ip地址,
這種互聯(lián)網(wǎng)地址是在網(wǎng)際范圍標(biāo)識(shí)主機(jī)的一種邏輯地址。為了讓報(bào)文在
物理網(wǎng)路上傳輸,還必須要知道對(duì)方目的主機(jī)的物理地址(MAC)才行。這樣就存在把IP地址變成
物理地址的地址轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。
在以太網(wǎng)環(huán)境,為了正確地目的主機(jī)傳送報(bào)文,必須把目的主機(jī)的32位IP
地址轉(zhuǎn)換成為目的主機(jī)48位以太網(wǎng)的地址(MAC地址)。這就需要在互聯(lián)層有一個(gè)服務(wù)或功能將
IP地址轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的物理地址(MAC地址),這個(gè)服務(wù)或者功能就是ARP協(xié)議。
所謂的“地址解析”,就是主機(jī)在發(fā)送幀之前將目標(biāo)IP地址轉(zhuǎn)換成目標(biāo)MAC地址的過(guò)程,
ARP協(xié)議的基本功能就是通過(guò)目標(biāo)設(shè)備的ip地址,查詢目標(biāo)設(shè)備的MAC地址,以保證主機(jī)
間互相通信的順利進(jìn)行。
ARP協(xié)議和DNS有點(diǎn)相像之處,不同點(diǎn)是:DNS是在域名和IP之間的解析,另外,ARP協(xié)議不需要
配置服務(wù),而DNS要配置服務(wù)才行。
ARP協(xié)議要求通信的主機(jī)雙方必須在同一個(gè)物理網(wǎng)段(即局域網(wǎng))!
2)關(guān)于ARP的小結(jié):
1.ARP全稱“Address Resolution Protocol”;
2.實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)通過(guò)IP地址獲取主機(jī)的MAC地址;
3.MAC地址48位主機(jī)的物理地址,局域網(wǎng)內(nèi)唯一;
4.ARP協(xié)議類(lèi)似DNS服務(wù),但不需要配置服務(wù)。
5.ARP協(xié)議是三層協(xié)議。
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十、ARP緩存表:
1)每臺(tái)安裝有TCP/IP協(xié)議的電腦都會(huì)有一個(gè)ARP緩存表(windows 命令提示符里輸入arp -a即可)。
表里的ip地址與MAC地址是一一對(duì)應(yīng)的。
arp常用命令:
arp -a :查所有記錄
arp -d :清除
arp -s :綁定IP和MAC
2)ARP緩存表是把雙刃劍:
1.主機(jī)有了arp緩存表,可以加快ARP的解析速度,減少局域網(wǎng)內(nèi)廣播風(fēng)暴。
2.正是有了arp緩存表,給惡意黑客帶來(lái)了攻擊服務(wù)器主機(jī)的風(fēng)險(xiǎn),這個(gè)就是arp欺騙攻擊。
3.切換路由器,負(fù)載均衡器等設(shè)備時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致短時(shí)網(wǎng)絡(luò)中斷。
3)為啥用ARP協(xié)議?
OSI模型把網(wǎng)絡(luò)工作分為七層,彼此不直接通信打交道,只通過(guò)接口。IP地址工作在第三層,
MAC地址工作在第二層。當(dāng)協(xié)議在發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí),需要先封裝第三層IP地址,第二層MAC地址的報(bào)頭,
但是協(xié)議只知道目的節(jié)點(diǎn)的ip地址,不知道目的節(jié)點(diǎn)的MAC地址,又不能跨第二、三層,所以得用ARP協(xié)議服務(wù),
來(lái)幫助獲取目的節(jié)點(diǎn)的MAC地址。
4)ARP在生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生的問(wèn)題及解決辦法:
1.ARP病毒,ARP欺騙
2.高可用服務(wù)器對(duì)之間切換時(shí)要考慮ARP緩存的問(wèn)題。
3.路由器等設(shè)備無(wú)縫遷移時(shí)需要考慮ARP緩存的問(wèn)題,例如:更換辦公室的路由器。
5)ARP欺騙原理:
ARP攻擊就是通過(guò)偽造IP地址和MAC地址對(duì)實(shí)現(xiàn)ARP欺騙的,如果一臺(tái)主機(jī)中了ARP病毒,
那么它就能在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生大量的ARP通信量,很快的進(jìn)行廣播以至于使網(wǎng)絡(luò)阻塞,攻擊者
只要持續(xù)不斷的發(fā)出偽造的ARP響應(yīng)就能更改局域網(wǎng)中目標(biāo)主機(jī)ARP緩存中的IP-MAC條目,
造成網(wǎng)絡(luò)中斷或者中間人攻擊。
命令紅色字體標(biāo)記
系統(tǒng)初始arp環(huán)境
[root@esx ~]# arp -n
Address ? ? ? ? ? ? ? ? HWtype ?HWaddress ? ? ? ? ? ? Flags Mask Iface
192.168.1.175 ? ? ? ? ? ether ? 00:24:1D:97:B6:7F ? C ?vswif0
192.168.1.120 ? ? ? ? ? ether ? 00:1F:C6:3A:DC:81 ? ? ?C ?vswif0
192.168.1.51 ? ? ? ? ? ?(incomplete) ? ? ? ? vswif0
執(zhí)行清除所有arp 緩存命令
[root@esx ~]# arp -n|awk '/^[1-9]/{print "arp -d ?" $1}'|sh -x
+ arp -d 192.168.1.175
+ arp -d 192.168.1.120
+ arp -d 192.168.1.51
Linux是一套免費(fèi)使用和自由傳播的類(lèi)Unix操作系統(tǒng),是一個(gè)基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務(wù)、支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)。它能運(yùn)行主要的UNIX工具軟件、應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它支持32位和64位硬件。Linux繼承了Unix以網(wǎng)絡(luò)為核心的設(shè)計(jì)思想,是一個(gè)性能穩(wěn)定的多用戶網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。
組合命令清楚所有arp緩存:
[html] view plaincopy
arp -n|awk '/^[1-9]/{system("arp -d "$1)}'
以上命令必須 root 才可以執(zhí)行。
使用ip命令清除某一網(wǎng)絡(luò)接口的arp(下面命令是 eth0 接口)
[html] view plaincopy
ip neigh flush ?dev eth0
Linux 清除arp緩存是把列表標(biāo)記為(incomplete),在下一次系統(tǒng)清理垃圾是會(huì)清除。
1.首先,右鍵點(diǎn)擊桌面,選擇“打開(kāi)終端”,或者按CTRL+Alt+T打開(kāi)終端。
2.在終端中輸入ifconfig命令并按Enter鍵運(yùn)行。
3.在ifconfig命令的輸出信息中,enp3s0表示以太網(wǎng)卡。
4.hwaddr之后的信息是MAC地址,MAC地址是48位的二進(jìn)制數(shù),總共6控制的話,一般用十六進(jìn)制表示,使用每個(gè)字節(jié):
分開(kāi),每4位二進(jìn)制數(shù)的使用十六進(jìn)制數(shù)表示,每個(gè)字節(jié)有兩個(gè)十六進(jìn)制數(shù)來(lái)表達(dá),所以MAC地址有六個(gè)字段,由五個(gè)冒號(hào)分開(kāi)通道。
從ip_finish_output2到dev_queue_xmit路徑:
arp協(xié)議:
(1).硬件類(lèi)型:
硬件地址類(lèi)型,該字段值一般為ARPHRD_ETHER,表示以太網(wǎng)。
(2).協(xié)議類(lèi)型:
表示三層地址使用的協(xié)議,該字段值一般為ETH_P_IP,表示IP協(xié)議
(3)硬件地址長(zhǎng)度,以太網(wǎng)MAC地址就是6;
(4)協(xié)議地址長(zhǎng)度,IP地址就是4;
(5)操作碼
常見(jiàn)的有四種,arp請(qǐng)求,arp相應(yīng),rarp請(qǐng)求,rarp相應(yīng)。
(6)發(fā)送方硬件地址與IP地址,(7)目標(biāo)硬件地址與目標(biāo)IP地址。
arp頭數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):
arp模塊的初始化函數(shù)為arp_init(),這個(gè)函數(shù)在ipv4協(xié)議棧的初始化函數(shù)inet_init()中被調(diào)用。
1.初始化arp表arp_tbl;
2.注冊(cè)arp協(xié)議類(lèi)型;
3.建立arp相關(guān)proc文件,/proc/net/arp;
4.注冊(cè)通知事件
一個(gè)neigh_table對(duì)應(yīng)一種鄰居協(xié)議,IPv4就是arp協(xié)議。用來(lái)存儲(chǔ)于鄰居協(xié)議相關(guān)的參數(shù)、功能函數(shù)、鄰居項(xiàng)散列表等。
一個(gè)neighbour對(duì)應(yīng)一個(gè)鄰居項(xiàng),就是一個(gè)arp條目
鄰居項(xiàng)函數(shù)指針表,實(shí)現(xiàn)三層和二層的dev_queue_xmit()之間的跳轉(zhuǎn)。
用來(lái)存儲(chǔ)統(tǒng)計(jì)信息,一個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)例對(duì)應(yīng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的一種鄰居協(xié)議。
注冊(cè)arp報(bào)文類(lèi)型 :dev_add_pack(arp_packet_type);
就是把a(bǔ)rp_packet_type添加到ptype_base哈希表中。
注冊(cè)新通知事件的時(shí)候,在已經(jīng)注冊(cè)和UP的設(shè)備上,會(huì)調(diào)用一次這個(gè)通知事件。
設(shè)備事件類(lèi)型:
創(chuàng)建一個(gè)鄰居項(xiàng),并將其添加到散列表上,返回指向該鄰居項(xiàng)的指針。
tbl:待創(chuàng)建的鄰居項(xiàng)所屬的鄰居表,即arp_tbl;
pkey:三層協(xié)議地址(IP地址)
dev:輸出設(shè)備
want_ref:??
創(chuàng)建鄰居項(xiàng)
1.設(shè)置鄰居項(xiàng)的類(lèi)型
2.設(shè)置鄰居項(xiàng)的ops指針
3.設(shè)置鄰居項(xiàng)的output函數(shù)指針
調(diào)用dst_link_failure()函數(shù)向三層報(bào)告錯(cuò)誤,當(dāng)鄰居項(xiàng)緩存中還有未發(fā)送的報(bào)文,而該鄰居卻無(wú)法訪問(wèn)時(shí)被調(diào)用。不懂。
用來(lái)發(fā)送arp請(qǐng)求,在鄰居項(xiàng)狀態(tài)定時(shí)器處理函數(shù)中被調(diào)用。
neigh:arp請(qǐng)求的目的鄰居項(xiàng)
skb:緩存在該鄰居項(xiàng)中的待發(fā)送報(bào)文,用來(lái)獲取該skb的源ip地址。
將得到的硬件源、目的地址,IP源、目的地址等作為參數(shù),調(diào)用arp_send()函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)arp報(bào)文并將其輸出。
創(chuàng)建及發(fā)送arp報(bào)文
創(chuàng)建arp報(bào)文,填充字段。
發(fā)送arp報(bào)文
用來(lái)從二層接收并處理一個(gè)arp報(bào)文。這個(gè)函數(shù)中就是做了一些參數(shù)檢查,然后調(diào)用arp_process()函數(shù)。
neigh_event_ns
neigh_update
這個(gè)函數(shù)的作用就是更新鄰居項(xiàng)硬件地址和狀態(tài)。分支比較多。
neigh_update_notify
代理arp(proxy arp),通常像路由器這樣的設(shè)備才使用,用來(lái)代替處于另一個(gè)網(wǎng)段的主機(jī)回答本網(wǎng)段主機(jī)的arp請(qǐng)求。
感覺(jué)代碼ARP好像沒(méi)啥用呀。
網(wǎng)絡(luò)主機(jī)發(fā)包的一般過(guò)程:
1.當(dāng)目的IP和自己在同一網(wǎng)段時(shí),直接arp請(qǐng)求該目的IP的MAC。
2.當(dāng)目的IP和自己不再同一網(wǎng)段時(shí),arp請(qǐng)求默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的MAC。
當(dāng)主機(jī)沒(méi)有默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的時(shí)候,arp請(qǐng)求別的網(wǎng)段的報(bào)文,到達(dá)路由器后,本來(lái)路由器是要隔離廣播的,把這個(gè)arp請(qǐng)求報(bào)文給丟棄,這樣就沒(méi)法通信了。當(dāng)路由器開(kāi)啟arp proxy后,路由器發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求的目的IP在其他網(wǎng)段,就自己給主機(jī)回復(fù)一個(gè)arp響應(yīng)報(bào)文,這樣源主機(jī)就把路由器的MAC當(dāng)成目的IP主機(jī)對(duì)應(yīng)的MAC,可以通信了。這樣可能會(huì)造成主機(jī)arp表中,多個(gè)IP地址都對(duì)應(yīng)于路由器的同一個(gè)MAC地址。
可以使用arping命令發(fā)送指定IP的arp請(qǐng)求報(bào)文。
寫(xiě)完了發(fā)現(xiàn)這個(gè)老妹寫(xiě)的arp代理文章蠻好的,不過(guò)她好像是轉(zhuǎn)載的。
ARP協(xié)議的規(guī)范只是闡述了地址解析的細(xì)節(jié),然而并沒(méi)有規(guī)定協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)如何去維護(hù)ARP緩存。ARP緩存需要有一個(gè)到期時(shí)間,這是必要的,因?yàn)锳RP緩存并不維護(hù)映射的狀態(tài),也不進(jìn)行認(rèn)證,因此協(xié)議本身不能保證這種映射永遠(yuǎn)都是正確的,它只能保證該映射在得到arp應(yīng)答之后的一定時(shí)間內(nèi)是有效的。這也給了ARP欺騙以可乘之機(jī),不過(guò)本文不討論這種欺騙。
像Cisco或者基于VRP的華為設(shè)備都有明確的配置來(lái)配置arp緩存的到期時(shí)間,然而Linux系統(tǒng)中卻沒(méi)有這樣的配置,起碼可以說(shuō)沒(méi)有這樣的直接配置。Linux用戶都知道如果需要配置什么系統(tǒng)行為,那么使用sysctl工具配置procfs下的sys接口是一個(gè)方法,然而當(dāng)我們google了好久,終于發(fā)現(xiàn)關(guān)于ARP的配置處在/proc/sys/net/ipv4/neigh/ethX的時(shí)候,我們最終又迷茫于該目錄下的N多文件,即使去查詢Linux內(nèi)核的Documents也不能清晰的明了這些文件的具體含義。對(duì)于Linux這樣的成熟系統(tǒng),一定有辦法來(lái)配置ARP緩存的到期時(shí)間,但是具體到操作上,到底怎么配置呢?這還得從Linux實(shí)現(xiàn)的ARP狀態(tài)機(jī)說(shuō)起。
如果你看過(guò)《Understading Linux Networking Internals》并且真的做到深入理解的話,那么本文講的基本就是廢話,但是很多人是沒(méi)有看過(guò)那本書(shū)的,因此本文的內(nèi)容還是有一定價(jià)值的。
在linux中查看arp地址解析協(xié)議需要使用終端命令。
以Deepin linux為例,使用終端命令查看arp步驟如下所示:
1、在程序列表中點(diǎn)擊打開(kāi)終端命令程序。
2、在終端命令中輸入查看arp命令:arp -g 。
3、如圖所示,即是本地arp地址解析協(xié)議。
網(wǎng)頁(yè)名稱:linuxarp命令 windowsarp命令
標(biāo)題URL:http://chinadenli.net/article42/hppeec.html
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